[发明专利]用于便携式电子设备的高电压锂聚合物电池

说明书

背景技术

技术领域

本发明实施例涉及用于便携式电子设备的电池。更具体地讲，本发明实施例涉及用于便携式电子设备的高电压锂聚合物电池的设计和制造。

相关领域

可再充电电池目前用于为多种便携式电子设备提供电力，所述便携式电子设备包括膝上型计算机、平板型计算机、移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式媒体播放器和/或数字相机。最常用类型的可再充电电池为锂电池，其可包括锂离子电池或锂聚合物电池。

锂聚合物电池通常包括被封装在柔性袋中的单元。此类袋通常重量轻且制造成本廉价。此外，这些袋可以定制成各种单元尺寸，从而允许锂聚合物电池用于空间有限的便携式电子设备(诸如移动电话、膝上型计算机和/或数字相机)中。例如，通过将轧制电极和电解质封装在铝层合袋中，锂聚合物电池单元可以实现90％-95％的封装效率。然后，可以将多个袋并排放置在便携式电子设备内，并且串联地和/或并联地电耦合，以形成用于便携式电子设备的电池。

在操作过程中，锂聚合物电池的容量可由于内阻的增加、电极和/或电解质降解、过热和/或异常使用而随时间推移逐渐变小。例如，重复的充电-放电循环和/或老化可引起电解质的氧化和/或电池内阴极和阳极材料的降解，这继而可引起电池容量逐渐减小。当电池继续老化和降解时，容量的减小速率可增加，特别是当电池在高充电电压下连续充电和/或在高温下操作时更是如此。

随时间推移继续使用锂聚合物电池还可在电池的非刚性单元中产生溶胀，并且最终致使电池超出便携式电子设备的指定的最大物理尺寸。此外，常规的电池监测机制可不包括用以管理电池溶胀的功能性。因而，设备的用户可能在溶胀导致设备物理损坏之后才会意识到电池的溶胀和/或降解。

因此，需要一种用于使用于便携式电子设备的高电压锂聚合物电池中的溶胀最小化并且提高容量保留的机制。

发明内容

本发明所公开的实施例提供了一种锂聚合物电池单元。锂聚合物电池单元包括阳极和阴极，所述阴极包含掺杂有掺杂剂的锂钴氧化物粒子。锂聚合物电池单元还包括封装阳极和阴极的袋，其中袋为柔性的。阴极可允许锂聚合物电池单元的充电电压大于4.25V。

在一些实施例中，掺杂剂包括镁、钛、锌、硅、铝、锆、钒、锰或铌的元素或化合物。化合物可对应于氧化物、磷酸盐和/或氟化物。利用某种技术，例如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术，阴极中的掺杂剂和保护化学品的组合含量可大于0.02％并且小于0.8％。

在一些实施例中，锂钴氧化物粒子的中值粒度(D50)介于5微米和25微米之间。

在一些实施例中，锂钴氧化物粒子还涂覆有保护化学品。

在一些实施例中，保护化学品的厚度为约200纳米。保护化学品还可包括氧化物、磷酸盐和氟化物。

在一些实施例中，电池单元还包括包含电解质添加剂的电解质。电解质添加剂可包括碳酸亚乙酯、乙酸乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙酯、噻吩、1,3-丙磺酸内酯、琥珀酸酐和二腈添加剂。二腈添加剂可为丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈和/或苯二甲腈。

在一些实施例中，二腈添加剂的含量小于电解质的5重量％。

在一些实施例中，单元中的水含量小于200ppm，优选小于20ppm。

在一些实施例中，袋的厚度小于120微米。

附图说明

图1示出了根据本发明所公开的实施例的电池单元的俯视图。

图2示出了用于根据本发明所公开的实施例的电池单元的一组层。

图3示出了用于根据本发明所公开的实施例的电池单元的阴极的锂钴氧化物粒子。

图4示出了根据本发明所公开的实施例的电池单元的制造过程的流程图。

图5示出了根据本发明所公开的实施例的便携式电子设备。

在附图中，相似的参考编号是指相同的附图元件。

具体实施方式

进行如下的描述，以使得本领域任何技术人员能够实现和使用所述实施例，并且在特定应用及其要求的上下文中提供。对本发明所公开的实施例的各种修改对于本领域的技术人员将是显而易见的，并且本文所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神和范围的前提下应用于其他实施例和应用。因此，本发明不限于所示实施例，而是使得其最宽范围与本文所公开的原理和特征一致。